Анизотропная маши тост'рикцин монокристаллов редкоземельных соединений типа RT2

Соединения редкоземельных и Зб-элсмснтов со структурой фаз Лавеса типа RT₂ оказались наиболее интересными магнетиками в плане создания на их основе высокомагнитострикционных материалов (ВММ). Величина анизотропной магнитострикции в ряде соединений RFe₂ оказалась столь заметной, что могла приводить к нарушению типа симметрии кубической решетки и регистрировалась рентгенографическим методом по расщеплению дифракционных линий с индексами hkl от кристаллографической плоскости (111). В частности, этим методом была определена величина константы AM А._|И для соединений SmFe, TbFe, и TmFe_r Для других интерметаллидов изменений профиля рентгеновских линий нс выявлялось, и на этом основании был сделан вывод, что величина AM в них нс превышает 10 ⁴. Как показали сотрудники проблемной научно-исследовательской лаборатории постоянных магнитов УрГУ А. В. Андреев и С. М. Задворкин в начале 1980;х гг., использование монокристаллов RFe, позволяет существенно повысить чувствительность рентгеновского метода определения констант магнитострикции, а при использовании термокамеры — специально изготовленной приставки к рентгеновскому дифрактометру — определить величины констант Х._|И и Х._|00 и их температурные зависимости для целой группы соединений типа RT_r AM этих образцов измерялась также и с применением тензорезисторов.

На рис. 63 представлены результаты измерений константы AM А._|П соединения ErFe₂ тензометрическим и рентгеновским методами. Как видно, они с точностью до погрешности измерения совпадают. Экстраполяция хода зависимостей Д._1И(7) на Т = 0 даст значение Х_|П(0) = -1,85 • 10 ³, что сопоставимо по величине с магнитострикцисй чистых РЗМ при низких Т. Было найдено, что экспериментально установленная температурная зависимость Х_1П(Т) прекрасно описывается функцией LJ-⁵(t;₀m_d(T)/T) (сплошная линия на рис. 63) и однозначно свидетельствует об одноионной природе AM в R-подрешетке также и в соединениях стехиометрии RT₂.

Рис. 63. Температурная зависимость константы магнитострикции Х_ш монокристалла соединения ErFe_?:

светлые точки — данные рентгеновских измерений; темные точки — данные тензометрических измерений; сплошная линия — аппроксимация экспериментальной зависимости теоретической кривой Х_1И(7) = Х_т(0)Ц*⁵(^ • m_d(7)/7).

С учетом значения А,_ш(0) = -1,85* 10~³ для ErFe₂ в качестве «реперной точки» и формулы (80), ранее применявшейся для прогноза величины константы AM А," —² в соединениях R, Co₁₇ по механизму КП, был произведен расчет значения Х_ш(0) всего ряда соединений RFe_r Результаты этого расчета в сравнении с экспериментально определенными величинами этой константы приведены в табл. 28.

Из таблицы видно, что, несмотря на очевидную приближенность такого расчета, в целом наблюдается неплохое согласие расчетных значений с данными эксперимента. Таким образом, можно утверждать, что и в серии соединений RFe, механизм AM по модели КП дает вполне удовлетворительный прогноз величины константы А,_ш(0).

Таблица 28.

Экспериментально определенные и рассчитанные по механизму КП константы анизотропной магнитострикции А,_ш(0) иЛ.₁₀₀(0) соединений RFe₂ (в единицах 10″ *)

Иначе выглядит ситуация с константой анизотропной магнитострикции Х_|00 (0). Теоретически было показано, что симметрия ближайшего окружения R-иона в решетке типа MgCu₂ такова, что взаимодействие его 41-элсктронной оболочки с кристаллическим полем решетки не вызывает при упорядочении магнитных моментов R-ионов в направлении [100] дополнительной деформации решетки, приводящей к тетрагональным искажениям. Однако выполненные измерения X, на монокристаллах таких соединений, как DyFe, и HoFe₂, свидетельствуют об обратном (см. табл. 28). Константы А,_|00(0) у этих соединений имеют практически тот же порядок величины, что и Х._И|(0).

Температурный ход этих констант не описывается функцией Z.₂(4₀w_d(7)/7), как это имеет место по отношению к А,_|И(7) (рис. 64−65). Это означает, что механизм кристаллического поля в подрешетке R-ионов действительно не срабатывает, когда речь касается Х_|()0, и ее происхождение обусловлено иной причиной. Было сделано предположение, что ее возникновение связано с подрешеткой Fe. Проведенные измерения магнитострикции поликристаллического LuFc₂ подтвердили эту гипотезу. Магнитострикция в этом соединении оказалась на уровне 10″ ⁴, т. е. она обусловлена целиком подрешеткой.

Рис. 64. Экспериментально определенные температурные зависимости константы магнитострикции Л₁₀₀ монокристаллов соединений DyFe₂: темные точки — данные рентгеновских измерений; светлые точки — данные тензометрических измерений; пунктирные линии — прогнозируемые зависимости в рамках одноионной модели магнитострикции R-подрешетки ионов Fe, поскольку атомы лютеция не имеют собственного магнитного момента.

Как и в случае одноосных соединений, представляло интерес изучение величины AM кубических соединений типа RFe₂ при замещении Fe на Со. Такие исследования были выполнены в проблемной научно-исследовательской лаборатории постоянных магнитов УрГУ В. Н. Москалевым на примере системы Er (Fe, _vCo)_v Fla рис. 66 и 67 показаны концентрационная и температурные зависимости константы AM Х_ш для этой системы соответственно. Видно, что абсолютная величина А_т(0) увеличивается с 1,85 • 10″ ³ до 2,5 • 10 ³ при полном замещении Fe на Со. Температурный же ход А_П1(7) хотя качественно выглядит одинаково для всех образцов с разными jc, начиная с составов с х > 0,4 перестает описываться функцией L¹₂ ⁵(^_Qmj (T)/7^t). Эти данные однозначно свидетельствуют о том, что ионы Со привносят дополнительный вклад в константу.

Рис. 65. Экспериментально определенные температурные зависимости константы магнитострикции X монокристаллов соединений HoFe_?: темные точки — данные рентгеновских измерений; светлые точки — данные тензометрических измерений; пунктирные линии — прогнозируемые зависимости в рамках одноионной модели магнитострикции R-подрешетки.

Х_ш9 совпадающий по знаку с таковым для подсистемы ионов Ег. Выше было показано, что подрешетка Со вносит свой довольно заметный вклад в AM соединений с большей молярной долей атомов Зс1-элемента. Представляется, что это связано с частичным размораживанием орбитальных моментов атомов Со, приводящим к несферичности Зс1-электронного облака. При повороте такого облака в решетке кристалла окружающие атомы вынуждены «раздвигаться», вызывая AM. Этот механизм, по-видимому, аналогичен таковому для R-ионов.

Рис. 67. Температурная зависимость константы магнитострикции Х_ш монокристаллов соединений Er (Fe, _rCo_v)₇: точки — эксперимент; линии — аппроксимация теоретической зависимостью в рамках одноионной модели магнитострикции Ег-подрешетки.

Рис. 66. Концентрационная зависимость константы магнитострикции Х_ш монокристаллов соединений Er (Fe,__vCo^)_2.